JP7240600B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
詳しくは、印刷動作における作像プロセスの帯電工程では、電源から帯電バイアスが印加された帯電ローラ(帯電装置)によって、感光体ドラム(感光体)が帯電される。
図1は、実施の形態における画像形成装置1を示す全体構成図である。図2は、図1の画像形成装置1に設置されたイエロー用のプロセスカートリッジ10Y(作像部)の構成を示す断面図である。
なお、4つのプロセスカートリッジ10Y、10M、10C、10BK(作像部)は、作像プロセスに用いられるトナーTの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、図2ではイエロー用のプロセスカートリッジ10Yのみを代表的に図示する。
また、10Y、10M、10C、10BKは各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)のトナー像が形成されるプロセスカートリッジ、16は各プロセスカートリッジ10Y、10M、10C、10BKの感光体ドラム上に形成されたトナー像を中間転写ベルト17上に重ねて転写する1次転写ローラ、を示す。
また、17は複数色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、18は中間転写ベルト17上のトナー像をシート上に転写するための2次転写ローラ、19は中間転写ベルト17を清掃する中間転写ベルトクリーニング部、20はシート上のトナー像(未定着画像)を定着する定着装置、を示す。
まず、原稿Dは、原稿搬送部3の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部4のコンタクトガラス5上に載置される。そして、原稿読込部4で、コンタクトガラス5上に載置された原稿Dの画像情報が光学的に読み取られる。
書込み部2において、4つの光源から画像信号に対応したレーザ光Lが各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光Lは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる(露光工程である。)。
その後、現像工程後の感光体ドラム11の表面は、それぞれ、中間転写ベルト17との対向部(1次転写ニップ)に達する。ここで、それぞれの対向部には、中間転写ベルト17の内周面に当接するように1次転写ローラ16が設置されている。そして、1次転写ローラ16の位置で、中間転写ベルト17上に、感光体ドラム11上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される(1次転写工程である。)。
こうして、感光体ドラム11における一連の作像プロセスが終了する。
なお、本実施の形態における画像形成装置1には、クリーニング工程後であって帯電工程前の感光体ドラム11の表面を除電する除電装置が設置されておらず、後述するように帯電ローラ12に適宜にAC電圧を印加することなどで感光体ドラム11の除電をおこなっている。
その後、中間転写ベルト17の表面は、中間転写ベルトクリーニング部19の位置に達する。そして、中間転写ベルト17上に付着した未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部19に回収されて、中間転写ベルト17における一連の転写プロセスが終了する。
詳しくは、シートを収納する給紙部7から、給紙ローラ8により給送されたシートが、搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ9(タイミングローラ)に導かれる。レジストローラ9に達したシートは、タイミングを合わせて、2次転写ニップに向けて搬送される。
そして、定着工程後のシートは、排紙ローラによって、装置本体1外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセス(印刷動作)が完了する。
図2に示すように、プロセスカートリッジ10Yは、感光体としての感光体ドラム11と、帯電ローラ12(帯電装置40)と、現像装置13と、クリーニング装置14と、が一体的にユニットとして構成されている。プロセスカートリッジ10Yは、画像形成装置本体1に対して着脱可能(交換可能)に設置されていて、適宜に画像形成装置本体1から取り出されて新品のものに交換されたり修理がされたりすることになる。
感光体ドラム11は、基層としての導電性支持体上に、絶縁層である下引き層、感光層としての電荷発生層及び電荷輸送層、表面層(保護層)が順次積層されている。なお、本実施の形態における感光体ドラム11は、その外径が30mm程度に設定されている。以下、感光体ドラム11(感光体)の「厚み(膜厚)」と言うときは、これらの積層された層(特に、帯電に寄与する感光層)の厚みを指すものとする。
感光体ドラム11は、駆動モータによって図2の反時計方向に回転駆動される。なお、本実施の形態において、感光体ドラム11の線速(プロセス線速)は、141mm/s程度に設定されている。
詳しくは、帯電ローラ12の回転軸方向両端部には、それぞれ、ローラ主部よりも外径が大きなギャップ形成部材(大径部)が設置されている。そして、制御部70によって制御される帯電用の電源部75(電圧供給部)から帯電ローラ12に所定の帯電電圧(帯電バイアス)が印加されて、これにより対向する感光体ドラム11の表面を一様に帯電する。帯電ローラ12に印加する帯電バイアスとしては、DC電圧を用いることもできるし、DC電圧にAC電圧が重畳されたものを用いることもできる。
なお、本実施の形態では、帯電装置として非接触式の帯電ローラ12を用いたが、帯電装置として感光体ドラム11に当接する接触式の帯電ローラを用いることもできる。
現像ローラ13aは、内部に固設されてローラ周面に磁極を形成するマグネットと、マグネットの周囲を回転するスリーブと、で構成される。マグネットによって現像ローラ13a(スリーブ)上に複数の磁極が形成されて、現像ローラ13a上に現像剤Gが担持されることになる。現像装置13内には、キャリアCとトナーTとからなる2成分現像剤Gが収容されている。現像ローラ13aや2つの搬送スクリュ13b、13cは、現像用モータによって図2の矢印方向に回転駆動される。
このように構成された現像装置13によって、感光体ドラム11の表面に形成された静電潜像が現像されて、感光体ドラム11の表面にトナー像が形成されることになる。
クリーニングブレード14aは、ウレタンゴム等のゴム材料からなり、感光体ドラム11表面に所定角度かつ所定圧力で当接している。これにより、感光体ドラム11上に付着する未転写トナー(シートから生じる紙粉、帯電ローラ12による放電時に感光体ドラム11上に生じる放電生成物、トナーに添加されている添加剤、等の付着物も含むものとする。)が機械的に掻き取られてクリーニング装置14内に回収されることになる。
本実施の形態における画像形成装置1には、所定方向に回転する感光体としての感光体ドラム11や、感光体ドラム11(感光体)を帯電する帯電装置としての帯電ローラ12や、帯電ローラ12(帯電装置)に帯電電圧を印加(供給)する電圧供給部としての電源部75、などが設置されている。
また、画像形成装置1には、電源部75(電圧供給部)によって帯電ローラ12(帯電装置)に帯電電圧を印加して感光体ドラム11を帯電したときに帯電ローラ12と感光体ドラム11との間に流れる帯電電流値を間接的に検知する電流検知部76が設けられている。具体的に、本実施の形態では、電流検知部76は電源部75に設置されていて、帯電ローラ12に帯電電圧(DC電圧である。)を印加するときに回路内に流れる電流(帯電電流)を検知している。なお、電流検知部76は、このようなものに限定されることなく、帯電ローラ12と感光体ドラム11との間に流れる帯電電流値を直接的に検知するものを用いることもできる。
これに対して、第2モードは、感光体ドラム11を第1所定時間t1よりも短い第2所定時間t2だけ回転させているときに電源部75によって帯電ローラ12に複数のタイミングで異なる大きさの帯電電圧Vをそれぞれ印加して電流検知部76でそれぞれの帯電電流値Iを検知することで帯電電圧Vと帯電電流値Iとの関係(V-I特性)を求め、その関係を第1モードで求めた結果に基づいて補正して、その補正した結果から感光体ドラム11の厚みを検知する制御モードである。
そして、このような第1モードと第2モードとは、それぞれ別のタイミングで実行可能に構成されている。
これに対して、第2モードは、短い検知時間(第2所定時間t2)で求めたV-I特性に基づいて感光体ドラム11の厚みを検知しているため、ユーザーにとって待ち時間が短くなるものの、第1モードに比べて検知精度が低くなる。そのため、第1モードの結果を生かして第2モードの結果を補正して、検知精度を高めている。
そして、本実施の形態では、このような特徴の異なる2つのモードを状況に応じて使い分けているため、感光体ドラム11の厚み(膜厚)を効率的に高精度に検知することができる。
具体的に、感光体ドラム11が使い込まれて、経時で感光体ドラム11の厚みが小さくなってきたときには、感光体ドラム11の厚みが大きいとき(初期)に比べて、帯電電圧の絶対値が大きくなるように、電源部75を制御している。
このような制御をおこなうことで、感光体ドラム11の厚みが薄くなって帯電不足が生じて、感光体ドラム11の表面にキャリアが付着する不具合などを軽減することができる。
これに対して、第2モードが実行される時間(第2所定時間t2)は、感光体ドラム11の回転が2周に満たない時間であることが好ましい。これにより、ユーザーにとって、ストレスのない待ち時間となる。なお、本実施の形態では、第2所定時間t2を、感光体ドラム11が約1周回転する時間(約8秒である。)としている。
まず、図3を用いて、V-I特性によって感光体ドラム11の厚み(膜厚)を検知するメカニズムについて説明する。
図3に示すように、帯電電圧Vと帯電電流Iとの関係は、E1領域で帯電しないことに関しては同じであるが、E2領域では感光体ドラム11の厚みdによってグラフの傾きが変化する。
これは、感光体ドラム11の厚みd(膜厚)によって、感光体ドラム11の帯電電位Vd(表面電位)を同じ値にまで帯電するために必要な帯電電流Iが異なることを示している。 帯電電位Vdと帯電電流Iとに関しては、以下のような計算が成り立つ。
感光体ドラム11の厚みをd、比誘電率をε、真空中の誘電率をε0、帯電ローラ12の有効帯電幅をL、プロセス線速をVpとすると、ここから感光体ドラム11の静電容量Cが計算され、以下の関係式が導かれる。
帯電電荷量Q=∫I・dt=C・Vd
→帯電電流I=d/dt(C・Vd)
ここで、
dC/dt=ε・ε0・L・Vp/d、
Vd=定数
であるので、
帯電電流I=ε・ε0・L・Vp・Vd/d ・・・(1)
となる。 式(1)においてε,ε0,L,Vp,dは定数であり、E2領域に関してはΔV=ΔVdであることが判っているので、両者から
ΔI=ε・ε0・L・Vp・ΔVd/d
=ε・ε0・L・Vp・ΔV/d・・・(2)
と導かれ、B領域に関してはV-Iグラフの直線の傾きが
ε・ε0・L・Vp/d
で表わされことになる。
また、上式(1)から判るように、IとVdとを測定することによっても同様に膜厚を検知することが可能である。ただし、帯電電位Vdの測定には、画像形成装置本体1に感光体ドラム11の表面電位測定器を別に設けたり、それ用の電源を設けたりする必要があり、装置が大型化、高コスト化してしまう。これに対して、本実施の形態では、既設の帯電ローラ12を用いて感光体ドラム11の厚みを検知しているため、そのような不具合を抑止することができる。
また、感光体ドラム11の厚み検知をおこなうために、予めV-I特性の傾きと感光体ドラム11の厚みdとの関係を測定して、その結果が制御部70の記憶部にテーブル化して記憶されている。
このようなことから、本実施の形態では、時間はかかるものの高精度にV-I特性を把握して感光体ドラム11の厚みを検知する「第1モード」と、時間はかからないものの高精度ではないV-I特性を補正して感光体ドラム11の厚みを検知する「第2モード」と、を使い分けている。
第1モード時には、図5に示すように、帯電電圧Vc(帯電DCバイアス)を多段階で切り替えて、電流検知部76によって感光体ドラム11と帯電ローラ12との間に流れる帯電直流(DC電流)を取得する。
ここで、先に説明したように、本実施の形態における作像部には、除電装置が設置されていないため、帯電電圧を多段階で切替えるたびに一度帯電DCバイアスをゼロとして帯電ACバイアスのみを印加してAC除電をおこなっている。さらに、書込み部2によって露光をおこなって露光光による除電もおこなっている。
本実施の形態において、感光体ドラム11の外径は30mm程度、プロセス線速は141mm/s程度に設定されているため、感光体ドラム11が1周回転するのに約0.67秒(=30×π/141)の時間を要する。また、上述した除電は、初期に3周分おこない、帯電電圧の切替え時に1周分おこなう。そのため、図5に示すように、「第1モード」は約15秒の時間(第1所定時間t1)を要することになる。
なお、感光体ドラム11の外径を60mm程度、プロセス線速を141mm/s程度に設定した場合には、「第1モード」は約30秒の時間を要することになる。
帯電電流は帯電電圧に相関を持ち、除電後の感光体ドラム11の1周目はゼロV近くから帯電電圧の近くまで帯電されるため帯電ローラ12から感光体ドラム11に大きく電流が流れることとなる。2周目以降も感光体ドラム11の表面電位と帯電ローラ12とが同電位でないため、少なからず帯電電流は流れるが、その量は1周目と比較して充分に小さくなる。3周目以降も帯電電流は流れるが、本実施の形態では3周目以降の電流を回路内抵抗によるリーク成分と考えて、帯電電流検知におけるノイズとして除去している。
図7に示すように、感光体ドラム11の2周目以降も帯電電流が流れて、3周目でほぼ飽和している。1、2周目に流れる電流値をそれぞれIC1、IC2として、3周目に流れる電流値をリーク成分ILとしたとき、帯電電流値Idcは、次式で求められる。
Idc=(IC1-IL)+(IC2-IL)・・・(3)
ここで、電流値IC2、ILは、制御部70の記憶部に記憶されて、「第2モード」が実行されるときに参照される。なお、V-I特性の傾きは、最小二乗法を用いて算出することができる。
先に説明した「第1モード」は帯電電流成分を漏れなく取得できる他、リーク成分を取得することができるため、演算誤差の少ない高精度な厚み検知が可能となる。しかしながら、その検知工程には多くの時間を必要とするため、ユーザーの待機時間が長くなり、生産性が低下してしまう。そのため、「第1モード」の実行は必要最小限にとどめて、その代わりに、簡易的な「第2モード」を実行している。
第2モード時にも、図8に示すように、帯電電圧Vc(帯電DCバイアス)を多段階で切り替えて、電流検知部76によって感光体ドラム11と帯電ローラ12との間に流れる帯電直流(DC電流)を取得する。ただし、帯電電圧Vcを印加する時間は、各水準で感光体ドラム11の1周分とする。また、AC除電は第1モードと同様に1周分としている。
本実施の形態において、感光体ドラム11の外径は30mm程度、プロセス線速は141mm/s程度に設定されているため、図8に示すように、「第2モード」は約8秒の時間(第2所定時間t2)ですむことになる。なお、感光体ドラム11の外径を60mm程度、プロセス線速を141mm/s程度に設定した場合であっても、「第2モード」は約15秒の時間ですむことになる。いずれにしても、「第2モード」に要する時間は短い時間ですむことになる。
ここで流れる電流値は第1モードにおける感光体ドラム11の1周目の電流値IC1と同じである。この電流値を感光体ドラム11の厚み検知に用いると検知誤差が生じる。そこで、第1モードにて記憶保存したIC2、ILを用いて補正することで、適切な帯電電流値Idcを算出することが可能となる。すなわち、上式(3)において、第2モードで検知した電流値IC1と、第1モード時に保存した電流値IC2、ILと、を代入して帯電電流値Idcを算出することになる。
そして、第1モードと第2モードとのいずれかを実行するときに温度センサ80によって検知される温度と、前回に第1モード又は第2モードが実行されたときに温度センサ80によって検知された温度と、の温度差が、所定温度A1を超えるときには第1モードを実行して、所定温度A1以下であるときには第2モードを実行するように制御することができる。
感光体ドラム11の厚みを検知するときに、前回に感光体ドラム11の厚みを検知したときと比べて、大きな温度変化が生じてしまうと、帯電特性や除電特性が大きく変化して、第2モードにおいて第1モードの結果に基づいた補正をおこなっても高精度な検知をおこなえなくなる可能性がある。したがって、そのような場合には、第1モードを実行するようにする。
そして、第1モードと第2モードとのいずれかを実行するときにカウンタ82によって検知される累積枚数と、前回に第1モード又は第2モードが実行されたときにカウンタ82によって検知された累積枚数と、の枚数差が、所定枚数B1を超えるときには第1モードを実行して、所定枚数B1以下であるときには第2モードを実行するように制御することができる。
感光体ドラム11の厚みを検知するときに、前回に感光体ドラム11の厚みを検知したときと比べて、大きな累積枚数の差異が生じてしまうと、関連する部材の消耗などによって帯電特性や除電特性が大きく変化して、第2モードにおいて第1モードの結果に基づいた補正をおこなっても高精度な検知をおこなえなくなる可能性がある。したがって、そのような場合には、第1モードを実行するようにする。
そして、第1モードと第2モードとのいずれかを実行するときにタイマー81によって検知される累積駆動時間と、前回に第1モード又は第2モードが実行されたときにタイマー81によって検知された累積駆動時間と、の時間差が、所定値Cを超えるときには第1モードを実行して、所定値C以下であるときには前記第2モードを実行するように制御することができる。
感光体ドラム11の厚みを検知するときに、前回に感光体ドラム11の厚みを検知したときと比べて、大きな累積駆動時間の差異が生じてしまうと、関連する部材の消耗などによって帯電特性や除電特性が大きく変化して、第2モードにおいて第1モードの結果に基づいた補正をおこなっても高精度な検知をおこなえなくなる可能性がある。したがって、そのような場合には、第1モードを実行するようにする。
図10に示すように、感光体ドラム11の厚みを検知するときに、まず、前回に第1モード又は第2モードが実行されたときからの温度差が所定温度A1以上であるかが判別される(ステップS1)。なお、本実施の形態において、このときの「所定温度A1」は20℃に設定されている。
その結果、温度差が所定温度A1以上であるものと判別された場合には、補正に基づかない高精度な検知をおこなう必要があるものとして、第1モードが実行される(ステップS2)。そして、その第1モードで検知した感光体ドラム11厚み(膜厚)や補正量(IC2、IL)が記憶部に保存され(ステップS3)、検知した感光体ドラム11の厚みに基づいて帯電電圧が調整される。
その結果、通紙枚数が所定枚数B1以上であるものと判別された場合には、補正に基づかない高精度な検知をおこなう必要があるものとして、第1モードが実行されて(ステップS2)、ステップS3以降のフローがおこなわれる。
これに対して、ステップS4にて、通紙枚数が所定枚数B1以上でないものと判別された場合には、さらに前回に第1モード又は第2モードが実行されたときからの温度差が所定温度A2以上であるかが判別される(ステップS5)。なお、本実施の形態において、このときの「所定温度A2」は10℃に設定されている。
その結果、温度差が所定温度A2以上であるものと判別された場合には、補正により高精度な検知が可能であるものとして、時短のため第2モードが実行される(ステップS7)。そして、その第2モードで検知した感光体ドラム11厚み(膜厚)が記憶部に保存され(ステップS8)、検知した感光体ドラム11の厚みに基づいて帯電電圧が調整される。
その結果、通紙枚数が所定枚数B2以上であるものと判別された場合には、補正により高精度な検知が可能であるものとして時短のため第2モードが実行されて(ステップS7)、ステップS8以降のフローがおこなわれる。
これに対して、ステップS6にて、通紙枚数が所定枚数B2以上でないものと判別された場合には、そもそも環境変化(温度変化)や駆動時間も少なくて感光体ドラム11の厚みの変化もほとんどなく帯電電圧の調整が必要ないものとして本フローを終了する。
本実施の形態では、第2モードを実行したときに、第1モードの検知結果に基づいた補正をおこなっているため、第1モードにおいて求めた感光体ドラム11の膜厚とV-I特性の傾きとの関係とのズレが少なく、精度良い検知結果を得ることができる。
これにより、感光体ドラム11の厚みを効率的に高精度に検知することができる。
これに対して、これらの構成部材を、プロセスカートリッジの構成部材とせずに、それぞれ単体で画像形成装置本体1に交換可能に設置されるように構成することもできる。このような場合にも、本実施の形態のものと同様の効果を得ることができる。
なお、本願において、「プロセスカートリッジ」とは、感光体を帯電する帯電装置と、感光体上に形成された潜像を現像する現像装置と、感光体上をクリーニングするクリーニング装置と、のうち少なくとも1つと、感光体(像担持体)と、が一体化されて、画像形成装置本体に対して着脱可能に設置されるユニットと定義する。
10Y、10M、10C、10BK プロセスカートリッジ、
11 感光体ドラム(感光体)、
12 帯電ローラ(帯電装置)、
70 制御部、
75 電源部(電圧供給部)、
76 電流検知部、
80 温度センサ、
81 タイマー、
82 カウンタ。
Claims (6)
- 所定方向に回転する感光体と、
前記感光体を帯電する帯電装置と、
前記帯電装置に帯電電圧を印加する電圧供給部と、
前記電圧供給部によって前記帯電装置に帯電電圧を印加して前記感光体を帯電したときに前記帯電装置と前記感光体との間に流れる帯電電流値を直接的又は間接的に検知する電流検知部と、
を備え、
前記感光体を第1所定時間だけ回転させているときに前記電圧供給部によって前記帯電装置に複数のタイミングで異なる大きさの帯電電圧をそれぞれ印加して前記電流検知部でそれぞれの帯電電流値を検知することで帯電電圧と帯電電流値との関係を求め、その結果から感光体の厚みを検知する第1モードと、
前記感光体を前記第1所定時間よりも短い第2所定時間だけ回転させているときに前記電圧供給部によって前記帯電装置に複数のタイミングで異なる大きさの帯電電圧をそれぞれ印加して前記電流検知部でそれぞれの帯電電流値を検知することで帯電電圧と帯電電流値との関係を求め、その関係を前記第1モードで求めた結果に基づいて補正して、その補正した結果から感光体の厚みを検知する第2モードと、
をそれぞれ別のタイミングで実行可能であって、
前記第1モードにおいて、前記帯電電圧を多段階で切替えるたびに前記帯電装置に印加する帯電DCバイアスを一度ゼロとして前記帯電装置に帯電ACバイアスのみを印加して、前記感光体の表面のAC除電をおこなうことを特徴とする画像形成装置。 - 前記第1モード又は前記第2モードが実行されたときに、それにより検知された前記感光体の厚みに基づいて、前記電圧供給部によって前記帯電装置に印加する帯電電圧の大きさを調整することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記感光体の周囲の温度を直接的又は間接的に検知する温度センサを備え、
前記第1モードと前記第2モードとのいずれかを実行するときに前記温度センサによって検知される温度と、前回に前記第1モード又は前記第2モードが実行されたときに前記温度センサによって検知された温度と、の温度差が、所定温度を超えるときには前記第1モードを実行して、前記所定温度以下であるときには前記第2モードを実行することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。 - 前記感光体の累積回転駆動時間を検知するタイマーを備え、
前記第1モードと前記第2モードとのいずれかを実行するときに前記タイマーによって検知される累積駆動時間と、前回に前記第1モード又は前記第2モードが実行されたときに前記タイマーによって検知された累積駆動時間と、の時間差が、所定値を超えるときには前記第1モードを実行して、前記所定値以下であるときには前記第2モードを実行することを特徴とする請求項1~請求項3のいずれかに記載の画像形成装置。 - 印刷動作において搬送されるシートの累積枚数を検知するカウンタを備え、
前記第1モードと前記第2モードとのいずれかを実行するときに前記カウンタによって検知される累積枚数と、前回に前記第1モード又は前記第2モードが実行されたときに前記カウンタによって検知された累積枚数と、の枚数差が、所定枚数を超えるときには前記第1モードを実行して、前記所定枚数以下であるときには前記第2モードを実行することを特徴とする請求項1~請求項4のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記第1所定時間は、前記感光体が2周以上回転する時間であることを特徴とする請求項1~請求項5のいずれかに記載の画像形成装置。
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